振蕩拉軟機(jī)的軸承失效分析

摘 要 為了準(zhǔn)確計(jì)算震蕩拉軟機(jī)的軸承疲勞壽命，驗(yàn)證是否滿足設(shè)計(jì)要求，對(duì)振蕩拉軟機(jī)構(gòu)進(jìn)行SOLIDWORKS三維建模，并且導(dǎo)入ADMAS通過(guò)添加準(zhǔn)確邊界條件仿真得出軸承處受力情況，最后通過(guò)查詢機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)公式得出疲勞壽命，綜合分析軸承破壞原因。

關(guān)鍵詞 軸承 疲勞壽命 動(dòng)力學(xué)仿真

一、引言

振蕩拉軟機(jī)作為通過(guò)式設(shè)備，主要的結(jié)構(gòu)可分為驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)、振蕩機(jī)構(gòu)和拉伸機(jī)構(gòu)。驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)通常為電動(dòng)機(jī)，通過(guò)皮帶輪與振蕩機(jī)構(gòu)相連。振蕩機(jī)構(gòu)主要由曲軸（或偏心傳動(dòng)軸）、連桿以及齒板（或孔板）組成，經(jīng)過(guò)拉軟機(jī)，拉軟后的皮革具有更好的柔軟性。但是在實(shí)際工作中，振蕩拉軟機(jī)在工作不足一年的時(shí)間內(nèi)，懸掛牽動(dòng)機(jī)構(gòu)內(nèi)的軸承出現(xiàn)內(nèi)部磨損嚴(yán)重、軸承內(nèi)部滾珠間隙增大的失效形式。

目前其他一些對(duì)發(fā)生失效的調(diào)心滾子軸承22208壽命的分析主要是針對(duì)軸承本身，脫離了整個(gè)機(jī)器的工作環(huán)境容易產(chǎn)生較大的誤差。本文采用對(duì)振蕩拉軟機(jī)的整機(jī)裝配準(zhǔn)確SOLIDWORKS完成軸承所屬機(jī)器的完整建模，準(zhǔn)確模擬軸承工作狀態(tài) 。通過(guò)，ADAMS軟件精確加載，準(zhǔn)確分析牽動(dòng)機(jī)構(gòu)內(nèi)軸承受力變化情況，并且查詢機(jī)械手冊(cè)，進(jìn)行疲勞壽命分析。

二、三維幾何建模型

首先通過(guò)二維生產(chǎn)圖紙，通過(guò)SOLIDWORKS軟件進(jìn)行三維建模，并且裝配完成。拉軟機(jī)結(jié)構(gòu)關(guān)于中線完全對(duì)稱，所以我們采取簡(jiǎn)化為單軸模型如圖1，其中牽動(dòng)機(jī)構(gòu)內(nèi)失效軸承位置如圖1。

圖1 振蕩拉軟機(jī)三維模型

三、動(dòng)力學(xué)仿真建模

（一）導(dǎo)入模型

軸承內(nèi)滾子是失效的主要部件，通過(guò)SOLIDWORKS生成的三維模型導(dǎo)入ADAMS，依次添加約束關(guān)系，材料屬性。

（二）選取工況

選取最大載荷作為分析工況，以獲取最惡劣條件下的最大軸承載荷；通過(guò)ADAMS仿真得到結(jié)果，通過(guò)ADAMS測(cè)量孔板座的Y方向最大加速度，加速度呈正弦函數(shù)狀，因此將等效質(zhì)量；在孔板座中心添加一個(gè)附加質(zhì)，設(shè)置屬性為質(zhì)量，并刪除附加質(zhì)量的幾何特征，只保留一個(gè)坐標(biāo)點(diǎn)在模型中如圖2。

圖2 最大載荷20000N添加后的ADAMS模型圖

（三）測(cè)量結(jié)果

根據(jù)模型添加完載荷條件，進(jìn)行仿真設(shè)置，其中，其中XYZ為全局坐標(biāo)系 ABDDEF，分別為圖1中六處軸承處轉(zhuǎn)動(dòng)中心從左右上，上左右6個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)中心；設(shè)置0.4秒 2000步；開(kāi)始仿真并得到結(jié)果，ADAMS/PostProcessor可以快速繪制曲線，仿真動(dòng)畫(huà)等，將結(jié)果整理得表1。

表1 轉(zhuǎn)動(dòng)副轉(zhuǎn)動(dòng)中心受力仿真結(jié)果

四、疲勞壽命計(jì)算

軸承中任一元件出現(xiàn)疲勞剝落擴(kuò)展跡象前運(yùn)轉(zhuǎn)的總轉(zhuǎn)數(shù)或一定轉(zhuǎn)速下的工作小時(shí)數(shù)稱為軸承壽命。

（一）從仿真結(jié)果中提取載荷工況

選取仿真結(jié)果中最大作用力組成分析工況；由表1中數(shù)據(jù)可知：選取軸向載荷最大值，徑向載荷。

（二）從機(jī)械手冊(cè)查詢滾子軸承22208參數(shù)

基本尺寸內(nèi)徑，外徑；計(jì)算系數(shù)；基本額定載荷；

（三）計(jì)算疲勞壽命公式

當(dāng)軸承的當(dāng)量動(dòng)載荷時(shí)時(shí)以轉(zhuǎn)數(shù)為單位的基本額定壽命；

若軸承工作轉(zhuǎn)速為，可求出以小時(shí)數(shù)為單位的基本額定壽命 h。當(dāng)量動(dòng)載荷的選?。寒?dāng) 時(shí)，則 ；當(dāng) 時(shí)，則 ；其中為軸向所受軸向載荷（N），為軸向所受徑向載荷（N）；根據(jù)。所以軸承的當(dāng)量動(dòng)載荷選取公式。拉軟機(jī)的工作轉(zhuǎn)速為；滾子軸承選取；代入公式計(jì)算得：。

五、結(jié)論 （下轉(zhuǎn)第124頁(yè)）（上接第95頁(yè)）

本文的疲勞壽命分析結(jié)果小時(shí)的結(jié)果與實(shí)際情況使用不到一年發(fā)生軸承失效的情況不符合。根據(jù)工廠實(shí)際情況，分析出現(xiàn)疲勞破壞的其他可能原因：

（1）工作中是非理想狀態(tài)，只要與理想模型的工作狀況稍有偏差，可能導(dǎo)致軸向力增加。

（2）軸承工作中始終是幾個(gè)滾子承受較大的作用力，小角度轉(zhuǎn)動(dòng)使得滾子的相對(duì)固定部位首先破壞，從而致使軸承失效，滾子軸承只有幾個(gè)滾子主要受力，因而使得壽命大幅減小，實(shí)際的工作壽命不到理論的十分之一。

（3）機(jī)器的制造安裝精度不夠，裝配工藝的粗糙等。

本文對(duì)振蕩拉軟機(jī)的建模是準(zhǔn)確的，建模思路以及分析結(jié)論可以給機(jī)器工作中的存在問(wèn)題給出相應(yīng)解釋，也為行業(yè)相關(guān)研發(fā)提供參考。